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怎么正确得选择低噪声放大器


现在,有关低噪声放大器的讨论常常重视于RF/无线使用,但实践使用中,噪声关于低频模仿产品(如数据转换器缓冲、应变仪信号放大和麦克风前置放大器)也有很大影响,是一项重要的考虑因素。为了挑选一款合适的放大器,规划工程师有必要首要了解放大器是否拥有低噪声特性和相关的噪声参数。另外,还要了解不同类型放大器(双极型、JFET输入或CMOS输入)的噪声参数差异。

噪声参数

尽管影响放大器噪声功能的参数有很多,但最重要的两个参数是:电压噪声和电流噪声。电压噪声是指在没有它噪声搅扰的情况下,放大器输入短路时出现在输入端的电压动摇。电流噪声是指在没有其它噪声搅扰的情况下,放大器输入开路时出现在输入端的电流动摇。
描绘放大器噪声的典型目标是噪声密度,也称作点噪声。在低噪声放大器数据资料中可以找到这些参数,并且,一般给出两种频率下的数值:一个是低于200Hz的闪耀噪声;另一个是在1kHz通带内的噪声。简单起见,这些测量值以放大器输入端为参考,不需要考虑放大器增益。
噪声曲线与两个首要的噪声成份有关:闪耀噪声和散粒噪声。闪耀噪声是一切线性器材固有的随机噪声,也称作1/f 噪声,因为噪声振幅与频率成反比。闪耀噪声通常是频率低于200Hz时的首要噪声源,如图1所示。1/f角频率是指噪声大小基本相同、不受频率变化影响的起始频率。散粒噪声是流过正向偏置pn结的电流动摇所形成的白噪声,也出现在该频段。值得注意的是:电压噪声的1/f角频率与电流噪声的1/f角频率可能会不同。
电压噪声密度与频率的联系曲线,首要受两种噪声源的影响:闪耀噪声和散粒噪声。闪耀噪声或1/f噪声与频率成反比,是频率低于200Hz时的首要噪声源。 
放大器电路的总噪声取决于放大器本身、外部电路阻抗、增益、电路带宽和环境温度等参数。电路的外部电阻所产生的热噪声也是总噪声的一部分。
放大电路的源阻抗决议占主导地位的噪声类型,源阻抗升高时,电流噪声为首要来历。

计算总噪声

特定频率下运算放大器总输入噪声的标准表达式为:
where:
Rn = 反相输入等效串联电阻
Rp = 同相输入等效串联电阻
en = 特定频率下输入电压噪声密度
in = 特定频率下输入电流噪声密度
T = 以开尔文(°K)为单位的绝对温度
k = 1.38 x 10-23 J/°K (波尔兹曼常数)。
公式1是指定频率下噪声与带宽对应联系。为计算总噪声,用et 乘以带宽的平方根即可。例如,假如放大器的带宽规模为100Hz至1kHz,那么,下式就是整个带宽规模内的总噪声:
上述比如给出了电压噪声和电流噪声在整个带宽规模内固守时,总噪声的计算公式(适用于放大器电路带宽的较低频率值大于运算放大器的电压噪声和电路噪声1/f频率的情况)。假如电压噪声和电流噪声在整个带宽规模内是变化的,那么总噪声的计算公式要更复杂。
依据公式很容易地看出电路源阻抗对噪声的影响。源阻抗较低的系统,电压噪声是首要的噪声来历;源阻抗增大时,电阻噪声占主导地位,乃至可以忽略放大器的电压噪声。源阻抗持续增大时,电流噪声成为噪声的首要因素。

放大器规划对噪声功能的影响

噪声功能是放大器规划的一个考虑因素,三种常见的低噪声放大器分别为:双极型、JFET输入和CMOS输入。尽管每种规划都能供给低噪声特性,但其功能不同。

双极型放大

双极型放大器是低噪声放大器中最常见的挑选。低噪声、双极型放大器,如MAX410,可供给极低的输入电压噪声密度和相对较高的输入电流噪声密度。该类放大器的单位增益带宽的典型值小于30MHz。
为保证从双极型运算放大器取得低电压噪声,IC规划人员会在输入级设置较高的集电极电流。这是因为电压噪声与输入级集电极电流的平方根成反比;然而,运算放大器电流噪声与输入级集电极电流的平方根成正比。因此,外部反馈和源阻抗有必要尽可能低,以取得较好的噪声功能。输入偏置电流与输入集电极电流成正比,因此有必要使源阻抗尽可能低,以便下降偏置电流产生的失调电压。
双极型放大器的电压噪声通常在其等效源阻抗小于200Ω时占主导地位。较大的输入偏置电流以及相对较大的电流噪声使双极型放大器十分合适源阻抗较低的使用。

JFET输入放大

与双极型规划相比,JFET输入低噪声放大器具有超低输入电流噪声密度,但输入电压噪声密度相对较大,JFET规划允许单电源工作。1pA的输入偏置电流使JFET放大器十分合适高阻抗信号源使用。但是,因为JFET放大器的电压噪声较大,在源阻抗较低的使用中,它通常不是规划工程师的首选。

CMOS输入放大

新型CMOS输入低噪声放大器能够供给与双极型规划适当的电压噪声目标。CMOS输入放大器的电流噪声与最好的JFET输入规划适当,乃至优于JFET输入放大器。例如,MAX4475具有低输入电压噪声密度和低输入电流噪声密度,单电源供电时可供给超低失真(0.0002% THD+N)。这些特性使得CMOS输入放大器成为低失真、低噪声使用(如音频前置放大器)的最佳挑选。另外,CMOS输入放大器允许十分低的输入偏置电流、低失调电压和十分高的输入阻抗,能够满意源阻抗较高的信号调理,
选用CMOS输入的低噪声放大器具有十分低的偏置电流和失调电压,以及十分高的输入阻抗。这些器材十分合适源阻抗较高(如光电二极管前置放大器)的信号调理。 
低噪声功能和低输入偏置电流使得CMOS输入放大器成为16位DAC输出缓冲器的理想挑选。

 

 

 

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